Đồ án điều khiển nhiệt độ

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Bộ môn Điều khiển
tự động, thầy Hoàng Minh Trí cùng các thầy cô khác
đã hướng dẫn tận tình , cung cấp cho em những kiến
thức quý báu cho em trong thời gian thực hiện luận
văn. Em cũng chân thành cảm ơn sự hổ trợ, đóng góp ý
kiến của bạn bè. Đây là lần đầu em làm Luận Văn , do
đó sự thiếu sót hay khiếm khuyết là điều không tránh
khỏi. Em chân thành cám ơn sự đóng góp các ý kiến
chuyên môn để khả năng kỹ thuật của em được mở
rộng.
Chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Nhân
Tháng 1 / 2002
1
MỤC LỤC
Phần 1. LÝ THUYẾT
Chương 1. Các khối cơ bản trong điều khiển
nhiệt độ
Chương 2. Nhiệt độ – Các loại cảm biến nhiệt
độø 11
1. Nhiệt độvà các thang đo nhiệt độø
2. Các loại cảm biết nhiệt độ hiện tại
2.1. Thermocouple
2.2. RTD
2.3. Thermistor
2.4. IC cảm biến
3. Thermocouple và hiệu ứng Seebeck
3.1. Hiệu ứng Seebeck
3.2. Quá trình dẫn điện trong Thermocouple

3.3. Cách đo hiệu điện thếø
3.4. Bù nhiệt của môi trường
3.5. Các loại Thermocouple
3.4. Một số nhiệt độ chuẩn
Chương 3. Các phương pháp biến đổi AD
Card PCL-818 của Advantech 22
1. Sơ lược các phương pháp biến đổi AD
1.1. Biến đổi AD dùng bộ biến đổi DA
1.2. Bộ biến đổi Flash-AD
1.3. Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống
2
1.4. Bộ biến đổi AD dùng chuyển đổi áp sang tần số
1.5. Bộ biến đổi AD theo tích phân 2 độ dốc
2. Card AD - PCL818 của hãng Advantech
2.1. Các thanh ghi của Card
2.2. Chuyển đổi A/D , D/A , D/I , D/O
Chương 4. Các phương pháp điều khiển
Phương pháp PID số 44
1. Các phương pháp điều khiển
1.1 Điều khiển On - Offø
1.2. Điều khiển bằng khâu tỷ lệ
1.3. Điều khiển bằng khâu vi phân tỷ lệ PD
1.2. Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỷ lệ PID
2. Phương pháp điều khiển PID số
3. Thiết kế PID số
4. Điều khiển PID trong hệ thống điều khiển nhiệt
độ
Chương 5. Các Loại Mạch Kích Và Solid State
Relay ( SSR )
56

1. Đóng ngắt bằng OpTo - Triac
2. Contactor Quang – Solid State Relay
Chương 6 . Các loại IC khác 60
1. IC Khác
2. OP07
Phần 2. Phần Cứng 62
Khối cảm biến và mạch gia công 63
Phần 3. Lưu đồ giải thuật và chương
trình 67
1.Lưu đồ giải thuật 68
3
2.Chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ
Delphi 71
Biểu đồ khảo sát hệ thống nhiệt 99
Tài liệu tham khảo 102
4
LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta biết, nhiệt độ là một trong những thành
phần vật lý rất quan trọng. Việc thay đổi nhiệt độ của một
vật chất ảnh hưởng rất nhiều đến cấu tạo, tính chất, và các
đại lượng vật lý khác của vật chất. Ví dụ, sự thay đổi nhiệt
độ của 1 chất khí sẽ làm thay đổi thể tích, áp suất của chất
khí trong bình. Vì vậy, trong nghiên cứu khoa học, trong công
nghiệp và trong đời sống sinh hoạt, thu thập các thông số và
điều khiển nhiệt độ là điều rất cần thiết.
Trong các lò nhiệt, máy điều hoà, máy lạnh hay cả
trong lò viba, điều khiển nhiệt độ là tính chất quyết đònh cho
sản phảm ấy. Trong ngành luyện kim, cần phải đạt đến một
nhiệt độ nào đó để kim loại nóng chảy, và cũng cần đạt một
nhiệt độ nào đó để ủ kim loại nhằm đạt được tốt các đặc tính

cơ học như độ bền, độ dẻo, độ chống gỉ sét, … . Trong ngành
thực phẩm, cần duy trì một nhiệt độ nào đó để nướng bánh,
để nấu, để bảo quản, … . Việc thay đổi thất thường nhiệt độ,
không chỉ gây hư hại đến chính thiết bò đang hoạt động, còn
ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, ngay cả trên chính sản
phẩm ấy.
Có nhiều phương pháp để điều khiển lò nhiệt độ. Mỗi
phương pháp đều mang đến 1 kết quả khác nhau thông qua
những phương pháp điều khiển khác nhau đó. Trong nội dung
luận văn này, sẽ cho ta phương pháp điều khiển On-Off , PI
và điều khiển PID thông qua Card AD giao tiếp với máy tính
PCL818. Mọi dữ liệu trong quá trình điều khiển sẽ được hiển
thò lên máy tính dựa trên ngôn ngữ lập trình Delphi.
5
6
1
1
CÁC KHỐI CƠ BẢN TRONG HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
Hệ thống điều khiển nhiệt độ thông dụng trong công
nghiệp bao gồm :
7
Cảm biến và
mạch gia công
Mạch kích và
lò nhiệt
Màn hình
hiển thò
Máy tính và
Chương trình điều khiển

Card AD/DA
PCL-818L
Như vậy mạch của chúng ta có những khối cơ bản như
sau :
• Khối cảm biết và gia công : sử dụng cảm biến nhiệt
độ là Thermocouple, lấy tín hiệu thông qua Op-Amp
OP-07, đưa nhiệt độ cần xử lý về ngõ vào Analog
của bộ biến đổi AD.
• Bộ biến đổi AD : đây là mạch lấy tín hiệu AD để xử
lý thông qua Card AD PCL-818 của hãng
Advantech. Thông qua đó, Card AD này sẽ đưa giá
trò nhiệt độ và các thông số khác cho máy tính xử
lý. Ngoài ra PCL-818 còn là Card DA với nhiệm vụ
điều khiển mạch kích cho mạch nhiệt độ.
• Mạch công suất : mạch này sẽ bò tác động trực tiếp
bới PCL-818, với nhiệm vụ kích ngắt lò trong quá
trình điều khiển. Linh kiện sử dụng trong mạch này
là Solid State Relay(SSR).
• Khối xử lý chính :có thể xem máy tính là khối xử lý
chính. Với ngôn ngữ lập trình Delphi, máy tính sẽ
điều khiển quá trình đóng, ngắt lò.
• Màn hình hiển thò : là màn hình giao diện của
Delphi. Các giá trò, cũng nhu các thông số, những
tác động kỹ thuật sẽ tác động trực tiếp trên màn
hình này.
Các hãng kỹ thuật ngày nay đã tích hợp các thành phần
trên thành sản phẩm chuyên dùng và bán trên thò
trường. Có những chương trình giao diện ( như Visual
Basic ) và có những nút điều khiển, thuận lợi cho người
sử dụng. Có thể chọn khâu khuếch đại P, PI, PD hay PID

của các hãng.
8

Contronautics, Incorporated
Simpson Electric Company…
Trở lại mô hình điều khiển nhiệt, sơ đồ các khối cơ bản
trên đã mô hình hoá quá trình điều khiển lò nhiệt. Để tìm
hiểu rõ hơn về các chi tiết khác cũng như phương pháp và các
thiết bò kỹ thuật được sử dụng, chúng ta sẽ xem xét thông các
chương tiếp theo.
9
2
2
NHIỆT ĐỘ
CÁC LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
THÔNG DỤNG
Nhiệt độ là thành phần chủ yếu trong hệ thống thu
thập dữ liệu. Do vậy, nếu chọn lựa thiết bò đo lường nhiệt độ
chính xác ta có thể tiệt kiệm chi phí năng lượng, tăng độ an
toàn và giảm thời gian kiểm tra… thiết bò đo lường nhiệt độ
thường dùng là cảm biến nhiệt độ. Cặp nhiệt điện, điện trở
nhiệt, thermistors and infrared thermometers là những loại
cảm biến nhiệt độ thông thường. Việc chọn lựa thiết bò để
hoạt động chính xác tuỳ thuộc vào nhiệt độ tối đa, tối thiểu
cần đo, độ chính xác và những điều kiện về môi trường. Trước
hết, chúng ta tìm hiểu các khái niệm về nhiệt độ.
1. NHIỆT ĐỘ VÀ CÁC THANG ĐO NHIỆT ĐỘ
Galileo được cho là người đầu tiên phát minh ra thiết
bò đo nhiệt độ, vào khoảng năm 1592. Ông ta làm thí nghiệm
như sau : trên một bồn hở chứa đầy cồn, ông cho treo một

ống thủy tinh dài có cổ hẹp, đầu trên của nó có bầu hình cầu
chứa đầy không khí. Khi gia tăng nhiệt, không khí trong bầu
nở ra và sôi sùng sục trong cồn. Còn khi lạnh thì không khí
10
co lại và cồn dâng lên trong lòng ống thủy tinh. Do đó, sự
thay đổi của nhiệt trong bầu có thể biết được bằng cách quan
sát vò trí của cồn trong lòng ống thủy tinh. Tuy nhiên, người
ta chỉ biết sự thay đổi của nhiệt độ chứ không biết nó là bao
nhiêu vì chưa có một tầm đo cho nhiệt độ.
Đầu những năm 1700, Gabriel Fahrenheit, nhà chế tạo
thiết bò đo người Hà Lan, đã tạo ra một thiết bò đo chính xác
và cho phép lặp lại nhiều lần. Đầu dưới của thiết bò được gán
là 0 độ, đánh dấu vò trí nhiệt của nước đá trộn với muối (hay
ammonium chloride) vì đây là nhiệt độ thấp nhất thời đó.
Đầu trên của thiết bò được gán là 96 độ, đánh dấu nhiệt độ
của máu người. Tại sao là 96 độ mà không phải là 100 độ?.
Câu trả lời là bởi vì người ta chia tỷ lệ theo 12 phần như các
tỷ lệ khác thời đó.
Khoảng năm 1742, Anders Celsius đề xuất ý kiến lấy
điểm tan của nước đá gán 0 độ và điểm sôi của nước gán 100
độ, chia làm 100 phần.
Đầu những năm 1800, William Thomson (Lord Kelvin)
phát triển một tầm đo phổ quát dựa trên hệ số giãn nở của
khí lý tưởng. Kelvin thiết lập khái niệm về độ 0 tuyệt đối và
tầm đo này được chọn là tiêu chuẩn cho đo nhiệt hiện đại.
Thang Kelvin : đơn vò là K. Trong thang Kelvin này,
người ta gán cho nhiệt độ cho điểm cân bằng của ba trạng
thái: nước – nước đá – hơi mp65t giá trò số bằng 273.15K
Từ thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối( Thang
Kelvin), người ta đã xác đònh thang mới là thang Celsius và

thang Fahrenheit( bằng cách dòch chuyển các giá trò nhiệt độ)
Thang Celsius : Trong thang đo này, đơn vò nhiệt độ là
(°C ), một độ Celsius bằng một độ Kelvin. Quan hệ giữa nhiệt
độ Celsius và nhiệt độ Kelvin được xác đònh bằng biểu thức :
T(°C) = T(°K) - 273,15
Thang Fahrenheit :
T(°C) =5/9 {T(°F) – 32}
T(°F) =9/5 T(°C) + 32
11
2. CÁC LOẠI CẢM BIẾN HIỆN TẠI
Tùy theo lónh vực đo và điều kiện thực tế mà có thể
chọn một trong bốn loại cảm biến : thermocouple, RTD,
thermistor, và IC bán dẫn. Mỗi loại có ưu điểm và khuyết
điểm riêng của nó.
2.1. Thermocouple
Ưu điểm
• Là thành phần tích cực, tự cung cấp công suất.
• Đơn giản.
• Rẻ tiền.
• Tầm thay đổi rộng.
• Tầm đo nhiệt rộng.
Khuyết điểm
• Phi tuyến.
• Điện áp cung cấp thấp.
• Đòi hỏi điện áp tham chiếu.
• Kém ổn đònh nhất.
• Kém nhạy nhất.
2.2. RTD (resistance temperature detector)
Ưu điểm
• Ổn đònh nhất.

• Chính xác nhất.
• Tuyến tính hơn thermocouple.
Khuyết điểm
• Mắc tiền.
• Cần phải cung cấp nguồn dòng.
• Lượng thay đổi ∆R nhỏ.
• Điện trở tuyệt đối thấp.
• Tự gia tăng nhiệt.
12
2.3. Thermistor
Ưu điểm
• Ngõ ra có giá trò lớn.
• Nhanh.
• Đo hai dây.
Khuyết điểm
• Phi tuyến.
• Giới hạn tầm đo nhiệt.
• Dễ vỡ.
• Cần phải cung cấp nguồn dòng.
• Tự gia tăng nhiệt.
2.4. IC cảm biến
Ưu điểm
• Tuyến tính nhất.
• Ngõ ra có giá trò cao nhất.
• Rẻ tiền.
Khuyết điểm
• Nhiệt độ đo dưới 200°C.
• Cần cung cấp nguồn cho cảm biến.
Trong nội dung của luận văn này, chúng ta sử dụng
Thermocouple để đo nhiệt độ.

3. THERMOCOUPLE VÀ HIỆU ỨNG SEEBECK
3.1. Hiệu ứng Seebeck
13
Năm 1821, Thomas Seebeck đã khám phá ra rằng nếu
nối hai dây kim loại khác nhau ở hai đầu và gia nhiệt một
đầu nối thì sẽ có dòng điện chạy trong mạch đó.
Nếu mạch bò hở một đầu thì thì hiệu điện thế mạch hở
(hiệu điện thế Seebeck) là một hàm của nhiệt độ mối nối và
thành phần cấu thành nên hai kim loại. Khi nhiệt độ thay
đổi một lượng nhỏ thì hiệu điện thế Seebeck cũng thay đổi
tuyến tính theo :
∆e
AB
= α∆T với α là hệ số Seebeck
3.2 Quá trình dẫn điện trong Thermocouple
Cặp nhiệt điện là thiết bò chủ yếu để đo nhiệt độ. Nó
dựa trên cơ sở kết quả tìm kiếm của Seebeck(1821), cho rằng
một dòng điện nhỏ sẽ chạy trong mạch bao gồm hai dây dẩn
khác nhau khi mối nối của chúng được giữ ở nhiệt độ khác
nhau khi mối nối của chúng được giữ ở nhiệt độ khác nhau.
Suất điện động Emf sinh ra trong điều kiện này được gọi là
suất điện động Seebeck. Cặp nhiệt điện sinh ra trong mạch
nhiệt điện này được gọi là Thermocouple.
14
Kim loại B
Kim loại A Kim loại A
Kim loại B
Kim loại A
e
AB

+
-
Hình 1 : Mối nối nhiệt điện.
Để hiểu hiệu quả dẩn điện của cặp nhiệt điện
Seebeck, trước hết ta nghiên cứu cấu trúc vi mô của kim
loại và những nguyên tử trong thành phần mạng tinh
thể.
Theo cấu trúc nguyên tử của Bohn và hiệu chỉnh của
Schrodinger và Heisenberg, điện tử xoay quanh hạt
nhân. Nguyên tử này cân bằng bởi lực ly tâm của các
nguyên tử trên quỹ đạo của chúng với sự hấp dẩn điện
tónh từ hạt nhân. Sự phân bố năng lượng điện tích âm
theo mức độ tăng dần khi càng tiến gần đến hạt nhân.
Trong hình trên là biểu thò năm mức năng lượng đầu
tiên cho một nguyên tử Natri với 11 điện tử với cấu trúc
quỹ đạo. Những điện tử trong 3 mức dầu tiên, ở gần hạt
15
nhân, có năng lượng tónh lớn, là kết quả của sự hấp dẩn
điện tónh lớn của hạt nhân. §iƯn tư ®¬n trong møc thø t ,
ë c¸ch xa hạt nhân và vì thế có ít năng lượng để giử chặt,
có năng lượng cao nhất và dể dàng tách ra khỏi nguyên
tử. Điện tử đơn này trong mức năng lượng cao được xem
như điện tử hoá trò. Mét ®iƯn tư hãa trÞ cã thĨ dƠ dµng
®Ĩ l¹i nguyªn tư vµ trë thành điện tích tự do trong mạng
tinh thể.
Các nguyên tử có các điện tích âm thoát ra khỏi
nguyên tử ấy được gọi là lổ trống dương. Có thể cho
rằng một điện tử ở mức năng lượng thấp chuyển lên
mức năng lượng cao hơn nhưng quá trình này yêu cầu
sự hấp thu năng lượng bằng điện tử tương đương để có

sự khác nhau giữa 2 mức năng lượng. Sự hấp thụ năng
lương này được lấy từ sự kích thích nhiệt. Ứng dụng
năng lượng nhiệt có thể kích thích những điện tử trong
băng hoá trò nhảy tới băng ngoài kế tiếp, lỗ trống dương
sẽ trở thành điện tử dẫûn điện trong quá trình truyền
điện.
3.3. Cách đo hiệu điện thế
Không thể đo trực
tiếp hiệu điện thế
Seebeck bởi vì khi nối
volt kế với thermocouple
thì vô tình chúng ta lại
16
Constantan
Cu
v
1
+
-
Cu
Cu
+
-
v
Volt kế
J
3
J
1
J

2
Constantan
Cu
v
1
+
-
Cu
J
3
J
1
J
2
Cu
-
-
+
+
v
3
v
2
Constantan
Cu
v
1
+
-
Cu

J
1
J
2
-
+
v
2
tạo thêm một mạch mới. Ví dụ như ta nối thermocouple loại
T (đồng-constantan).
Khi đó , ta có mạch tương đương như sau :
Cái mà chúng ta muốn đo là hiệu điện thế v
1
nhưng khi
nối volt kế vào thermocouple thì chúng ta lại tạo ra hai mối
nối kim loại nữa : J
2
và J
3
. Do J
3
là mối nối của đồng với
đồng nên không phát sinh ra hiệu điện thế, còn J
2
là mối nối
giữa đồng với constantan nên tạo ra hiệu điện thế v
2
. Vì vậy
kết quả đo được là hiệu của v
1

và v
2
. Điều này nói lên rằng
chúng ta không thể biết nhiệt độ tại J
1
nếu chúng ta không
biết nhiệt độ tại J
2
, tức là để biết được nhiệt độ tại đầu đo thì
chúng ta cũng cần phải biết nhiệt độ môi trường nữa.
Một trong những cách để xác đònh nhiệt độ tại J
2
là ta
tạo ra một mối nối vật lý rồi nhúng nó vào nước đá, tức là ép
nhiệt độ của nó về 0°C và thiết lập tại J
2
như là một mối nối
tham chiếu.
Lúc này cả hai mối nối tại volt kế đều là đồng – đồng
nên không xuất hiện hiệu điện thế Seebeck. Số đọc v trên
volt kế là hiệu của v
1
và v
2
:
v = (v
1
– v
2
) ≈ α (t

J1
– t
J2
)
nếu ta dùng ký hiệu T
J1
để chỉ nhiệt độ theo độ Celsius thì :
T
J1
(°C) + 273,15 = t
J1
do đó v trở thành :
v = v
1
– v
2
= α [(T
J1
+ 273,15) – (T
J2
+ 273,15)]
= α (T
J1
– T
J2
) = α (T
J1
– 0)
⇒ v = αT
J1

17
J
1
Constantan
Cu
v
1
+
-
J
1
T
J
2
T = 0°C
+
-
v
Constantan
Cu
v
1
+
-
Cu
Cu
+
-
v
Volt kế

Cu
J
2
+
-
v
2
+
-
v
2
Bằng cách thêm hiệu điện thế của mối nối tại 0°C, giá
trò hiệu điện thế đọc được lúc này là so với mốc 0°C.
Phương pháp này rất chính xác nên điểm 0°C được xem
như điểm tham chiếu chuẩn trong rất nhiều bảng tra giá trò
điện áp ra của thermocouple.
Ví dụ xét trên là một trường hợp đặc biệt, khi mà một
dây kim loại của thermocouple trùng với kim loại làm nên
volt kế (đồng). Nhưng nếu ta dùng loại thermocouple khác
không có đồng (như loại J : sắt – constantan) thì sao? Đơn
giản là chúng ta thêm một dây kim loại bằng sắt nữa thì khi
đó cả hai đầu volt kế đều là đồng – sắt nên hiệu điện thế
sinh ra triệt tiêu lẫn nhau.
Nếu hai đầu nối của volt kế không cùng nhiệt độ thì hai
hiệu điện thế sinh ra không triệt tiêu lẫn nhau, và do đó xuất
hiện sai lệch. Trong các phép đo lường cần chính xác, người
ta gắn chúng trên một khối đẳng nhiệt. Khối này cách điện
nhưng dẫn nhiệt rất tốt nên xem như J
3
và J

4
có cùng nhiệt
độ (bằng bao nhiêu thì không quan trọng bởi vì hai hiệu điện
thế sinh ra luôn đối nhau nên luôn triệt tiêu nhau không phụ
thuộc giá trò của nhiệt độ).
3.4 Bù nhiệt của môi trường
Như trên đã phân tích, khi dùng thermocouple thì giá
trò hiệu điện thế thu được bò ảnh hưởng bởi hai loại nhiệt độ :
nhiệt độ cần đo và nhiệt độ tham chiếu. Cách gán 0°C cho
nhiệt độ tham chiếu thường chỉ làm trong thí nghiệm để rút
18
J
1
Constantan
Fe
v
1
+
-
Cu
Cu
+
-
v
Volt kế
Fe
J
2
+
-

v
2
J
3
J
4
ra các giá trò của thermocouple và đưa vào bảng tra. Thực tế
sử dụng thì nhiệt độ tham chiếu thường là nhiệt độ của môi
trường tại nơi mạch hoạt động nên không thể biết nhiệt độ
này là bao nhiêu và do đó vấn đề bù trừ nhiệt độ được đặt ra
để sao cho ta thu được hiệu điện thế chỉ phụ thuộc vào nhiệt
độ cần đo mà thôi.
Bù trừ nhiệt độ không có nghóa là ta ước lượng trước nhiệt
độ môi trường rồi khi đọc giá trò hiệu điện thế thì trừ đi giá
trò mà ta đã ước lượng. Cách làm này hoàn toàn không thu
được kết quả gì bởi hai lý do :
• Nhiệt độ môi trường không phải là đại lượng cố đònh
mà thay đổi theo thời gian theo một qui luật không biết
trước.
• Nhiệt độ môi trường tại những nơi khác nhau có giá trò
khác nhau.
Bù nhiệt môi trường là một vấn đề thực tế và phải xét đến
một cách nghiêm túc. Có nhiều cách khác nhau, về phần cứng
lẫn phần mềm, nhưng nhìn chung đều phải có một thành
phần cho phép xác đònh nhiệt độ môi trường rồi từ đó tạo ra
một giá trò để bù lại giá trò tạo ra bởi thermocouple.
3.5 Các loại thermocouple
Về nguyên tắc thì người ta hoàn toàn có thể tạo ra một
thermocouple cho giá trò ra bất kỳ bởi vì có rất nhiều tổ hợp
của hai trong số các kim loại và hợp kim hiện có.

Tuy nhiên để có một thermocouple dùng được cho đo lường
thì người ta phải xét đến các vấn đề như : độ tuyến tính, tầm
đo, độ nhạy, … và do đó chỉ có một số loại dùng trong thực tế
như sau :
Loại J : kết hợp giữa sắt với constantan, trong đó sắt là
cực dương và constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là
51µV/°C ở 20°C.
Loại T : kết hợp giữa đồng với constantan, trong đó đồng
là cực dương và constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là
40µV/°C ở 20°C.
19
Loại K : kết hợp giữa chromel với alumel, trong đó
chromel là cực dương và alumel là cực âm. Hệ số Seebeck
là 40µV/°C ở 20°C.
Loại E : kết hợp giữa chromel với constantan, trong đó
chromel là cực dương và constantan là cực âm. Hệ số
Seebeck là 62µV/°C ở 20°C.
Loại S, R, B : dùng hợp kim giữa platinum và rhodium, có
3 loại : S) cực dương dùng dây 90% platinum và 10%
rhodium, cực âm là dây thuần platinum. R) cực dương dùng
dây 87% platinum và 13% rhodium, cực âm dùng dây
thuần platinum. B) cực dương dùng dây 70% platinum và
30% rhodium, cực âm dùng dây 94% platinum và 6%
rhodium. Hệ số Seebeck là 7µV/°C ở 20°C.
3.6 Một số nhiệt độ chuẩn
Sau khi đã thiết kế mạch xong thì người ta cần một số
nhiệt độ chuẩn dùng cho cân chỉnh. Bảng sau đây đưa ra một
số loại nhiệt độ chuẩn :
Loại Nhiệt độ
Điểm sôi của oxygen -183,0 °C -297,3°F

Điểm thăng hoa của CO
2
- 78,5 °C -109,2°F
Điểm đông đá 0 °C 32 °F
Điểm tan của nước 0,01°C 32 °F
Điểm sôi của nước 100,0 °C 212 °F
Điểm tan của axit benzoic 122,4 °C 252,3°F
Điểm sôi của naphthalene 218 °C 424,4°F
Điểm đông đặc của thiếc 231,9 °C 449,4°F
Điểm sôi của benzophenone 305,9 °C 582,6°F
Điểm đông đặc của cadmium 321,1 °C 610 °F
Điểm đông đặc của chì 327,5 °C 621,5°F
Điểm đông đặc của kẽm 419,6 °C 787,2°F
Điểm sôi của sulfur 444,7 °C 832,4°F
Điểm đông đặc của antimony 630,7 °C 1167,3°F
Điểm đông đặc của nhôm 660,4 °C 1220,7°F
Điểm đông đặc của bạc 961,9 °C 1763,5°F
Điểm đông đặc của vàng 1064,4 °C 1948 °F
Điểm đông đặc của đồng 1084,5 °C 1984,1°F
Điểm đông đặc của palladium 1554 °C 2829 °F
Điểm đông đặc của platinum 1772 °C 3222 °F
20
3
3
CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI AD
CARD AD PCL-818 CỦA ADVANTECH
1. SƠ LƯC VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI
AD
Tín hiệu trong thế giới thực thường ở dạng tương tự
(analog), nên mạch điều khiển thu thập dữ liệu từ đối tượng

điều khiển về (thông qua các cảm biến) cũng ở dạng tương tự.
Trong khi đó, bộ điều khiển ngày nay thường là các µP, µC
xử lý dữ liệu ở dạng số (digital). Vì vậy, cần phải chuyển đổi
tín hiệu ở dạng tương tự thành tín hiệu ở dạng số thông qua
bộ biến đổi AD.
Có nhiều phương pháp biến đổi AD khác nhau, ở đây chỉ giới
thiệu một số phương pháp điển hình.
1.1. Biến đổi AD dùng bộ biến đổi DA
Trong phương pháp này, bộ biến đổi DA được dùng như
một thành phần trong mạch.
21
Khoảng thời gian biến đổi được chia bởi nguồn xung clock
bên ngoài. Đơn vò điều khiển là một mạch logic cho phép đáp
ứng với tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi. Khi đó, OPAMP so
sánh hai tín hiệu vào angalog để tạo ra tín hiệu digital biến
đổi trạng thái của đơn vò điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu
analog nào có giá trò lớn hơn. Bộ biến đổi hoạt động theo các
bước :
• Tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi.
• Cứ mỗi xung clock, đơn vò điều khiển sửa đổi số nhò
phân đầu ra và đưa vào lưu trữ trong thanh ghi.
• Số nhò phân trong thanh ghi được chuyển đổi thành áp
analog v
AX
qua bộ biến đổi DA.
• OPAMP so sánh v
AX
với áp đầu vào v
A
. Nếu v

AX
< v
A
thì
đầu ra ở mức cao, còn ngược lại, nếu v
AX
vượt qua v
A
một
lượng v
T
(áp ngưỡng) thì đầu ra ở mức thấp và kết thúc
quá trình biến đổi. thời điểm này, v
AX
đã xấp xỉ bằng
v
A
và số nhò phân chứa trong thanh ghi chính là giá trò
digital xấp xỉ của v
A
(theo một độ phân giải và chính
xác nhất đònh của từng hệ thống).
• Đơn vò điều khiển kích hoạt tín hiệu EOC, báo rằng đã
kết thúc quá trình biến đổi.
Dựa theo phương pháp này, có nhiều bộ biến đổi như sau :
22
+
-
v
A

đầu vào analog
Đơn vò
điều khiển
1
0
Thanh
ghi
Bộ biến
đổi DA
. . .
v
AX
Kết quả digital
So sánh
OPAMP
EOC
(kết thúc chuyển đổi)
Start
Clock
1.1.1. Bộ biến đổi AD theo hàm dốc
Đây là bộ biến đổi đơn giản nhất theo mô hình bộ biến
đổi tổng quát trên. Nó dùng một counter làm thanh ghi và cứ
mỗi xung clock thì gia tăng giá trò nhò phân cho đến khi v
AX
≥
v
A
. Bộ biến đổi này được gọi là biến đổi theo hàm dốc vì dạng
sóng v
AX

có dạng của hàm dốc, hay nối đúng hơn là dạng bậc
thang. Đôi khi nó còn được gọi là bộ biến đổi AD loại counter.
Hình trên cho thấy sơ đồ mạch của bộ biến đổi AD theo
hàm dốc, bao gồm một counter, một bộ biến đổi DA, một
OPAMP so sánh, và một cổng AND cho điều khiển . Đầu ra
của OPAMP được dùng như tín hiệu tích cực mức thấp của tín
hiệu EOC. Giả sử v
A
dương, quá trình biến đổi xảy ra theo
các bước :
• Xung Start được đưa vào để reset counter về 0. Mức cao
của xung Start cũng ngăn không cho xung clock đến
counter.
• Đầu vào của bộ biến đổi DA đều là các bit 0 nên áp ra
v
AX
= 0v.
• Khi v
A
> v
AX
thì đầu ra của OPAMP (EOC) ở mức cao.
23
+
-
v
A
đầu vào analog
Counter
Bộâ biến

đổi DA
. . .
v
AX
Kết quả digital
So sánh
OPAMP
EOC
Start
Clock
Reset
Clock
v
AX
Start
v
A
EOC
t
C
Khi chuyển
đổi hoàn
tất, counter
ngừng đếm
• Khi Start xuống mức thấp, cổng AND được kích hoạt và
xung clock được đưa vào counter.
• Counter đếm theo xung clock và vì vậy đầu ra của bộ
biến đổi DA, v
AX
, gia tăng một nấc trong một xung clock

• Quá trình đếm của counter cứ tiếp tục cho đến khi v
AX
bằng hoặc vượt qua v
A
một lượng v
T
(khoảng từ 10 đến
100µv). Khi đó, EOC xuống thấp và ngăn không cho
xung clock đến counter. Từ đó kết thúc quá trình biến
đổi.
• Counter vẫn giữ giá trò vừa biến đổi xong cho đến khi có
một xung Start cho quá trình biến đổi mới.
Từ đó ta thấy rằng bộ biến đổi loại này có tốc độ rất chậm
(độ phân giải càng cao thì càng chậm) và có thời gian biến
đổi phụ thuộc vào độ lớn của điện áp cần biến đổi.
1.1.2. Bộ biến đổi AD xấp xỉ liên tiếp
Đây là bộ biến được dùng rộng rãi nhất trong các bộ
biến đổi AD. Nó có cấu tạo phức tạp hơn bộ biến đổi AD theo
hàm dốc nhưng tốc độ biến đổi nhanh hơn rất nhiều. Hơn
nữa, thời gian biến đổi là một số cố đònh không phụ thuộc giá
trò điện áp đầu vào.
Sơ đồ mạch và giải thuật như sau :
24
Sơ đồ mạch tương tự như bộ biến đổi AD theo hàm dốc
nhưng không dùng counter cung cấp giá trò cho bộ biến đổi
DA mà dùng một thanh
ghi. Đơn vò điều khiển
sửa đổi từng bit của
thanh ghi này cho đến
khi có giá trò analog xấp

xỉ áp vào theo một độ
phân giải cho trước.
1.2. Bộ biến đổi
Flash AD
Bộ biến đổi loại
này có tốc độ nhanh
nhất và cũng cần nhiều
linh kiện cấu thành
nhất.
Có thể làm một
phép so sánh: flash AD 6-bit cần 63 OPAMP, 8-bit cần 255
25
+
-
v
A
đầu vào analog
Đơn vò
điều khiển
Thanh ghi
MSB LSB
Bộâ biến đổi DA
. . .
v
AX
So sánh
OPAMP
EOC
Clock
. . .

Start
START
Xóa tất cả các bit
Bắt đầu ở MSB
Set bit = 1
V
AX
> V
A
?
Clear bit = 0
Xong hết bit ?
Quá trình biến đổi kết
thúc và giá trò biến đổi
nằm trong thanh ghi
END
Đúng
Sai
Đến bit
thấp kế
Sai
Đúng
+ 10 V
1K
1K
1K
1K
1K
3K
1K

1K
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
5V
6V
4V
3 V
2V
1V
7V
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
I 7

I 6
I 5
I4
I3
I2
I 1
Priority
encoder
MSB
C
B
A
p analog đầu vào